Value of precision exercise prescription based on cardiopulmonary exercise testing in guiding exercise of obese patients and its safety
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摘要:目的
探讨基于心肺运动试验的精准运动处方在肥胖患者运动中的指导价值及安全性。
方法将172例肥胖患者按照随机数字表法分为2组。对照组85例患者根据自身喜好、耐受性给予相应的运动，观察组87例患者基于心肺运动试验结果制订个性化运动处方进行精准运动干预。运动6个月后，评估患者运动效果，比较2组心肺运动试验结果、运动能力、血脂水平、体质量相关指标、依从性及运动安全性的差异。
结果观察组运动6个月后心肺运动试验中无氧阈(AT)、峰值摄氧量(VO2 peak)及峰值氧脉搏高于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05); 观察组运动6个月后6 min步行距离测定(6MWD)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)高于对照组，总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)及低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)低于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05); 观察组运动6个月后体质量指数(BMI)、腰围及臀围低于对照组，运动6个月遵医运动、遵医饮食及定期复查依从性高于对照组，低血糖、心前区不适感、饥饿感发生率低于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05)。
结论肥胖患者运动指导中采用基于心肺运动试验的精准运动处方，有助于改善患者心肺功能及运动能力，调节患者血脂，降低体质量相关指标，运动安全性和依从性较高。
Abstract:ObjectiveTo investigate value of precision exercise prescription based on cardiopulmonary exercise testing in guiding exercise of obese patients and its safety.
MethodsA total of 172 obese patients were divided into two groups by random number table method. The control group (n=85) was given corresponding exercise according to their own preferences and tolerance, and the observation group (n=87) was given individualized exercise prescription for precise exercise intervention based on the results of cardiopulmonary exercise test. After 6 months of exercise, the exercise effects of patients were evaluated, and the differences in results of cardiopulmonary exercise test, exercise ability, blood lipid level, body-weight related indicators, compliance and exercise safety were compared between the two groups.
ResultsAfter 6 months of exercise, the anaerobic threshold(AT), peak oxygen consumption (VO2 peak), and peak oxygen pulse during cardiopulmonary exercise testing in the observation group were higher than those in the control group (P < 0.05). The 6 min walking distance (6MWD) and high density lipoprotein cholesterol (HDL-C) were higher than those of the control group, total cholesterol (TC), triglyceride (TG) and low density lipoprotein cholesterol (LDL-C) were lower than those of the control group (P < 0.05). After 6 months of exercise, the body mass index (BMI), waist circumference and hip circumference of the observation group were lower than those of the control group, the compliance of exercise, diet following the doctor's advice and regular reexamination after 6 months of exercise were higher than those of the control group, and the incidence rates of hypoglycemia, precardiac discomfort and hunger were lower than those of the control group, and the differences were statistically significant (P < 0.05).
ConclusionThe prescription of precision exercise based on cardiopulmonary exercise testing for exercise guidance in obese patients is helpful for improving patients' cardiopulmonary function and exercise capacity, regulate patients' blood lipids, reduce body weight related indexes, have higher exercise safety and compliance.
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Keywords:
- cardiopulmonary exercise test /
- obese patients /
- exercise /
- guiding value /
- safety /
- blood lipid level /
- exercise ability
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肥胖症属于是一种慢性代谢性疾病，导致体内脂肪过度蓄积、超重，发病多与遗传、环境因素、肠道菌群及内分泌调节和遗传等有关[1-2]。研究[3]表明，肥胖症危害性较大，缺乏锻炼是肥胖T2DM发生的独立危险因素。研究[4]表明，肥胖患者持续中度到高强度的运动能延缓或降低糖尿病发生率，促进葡萄糖的调节，改善并维持患者血糖水平，降低心脑血管疾病发生率。常规运动方法主要依赖于患者喜好、运动耐受性，且患者缺乏指导，因此患者运动依从性较差[5]。心肺运动试验(CPX)属于是一种非侵入性评价方法，能准确反映患者心肺功能，详细记录患者运动过程中心电图、肺通气功能、心率及血压等，并可判断患者病情的恢复程度[6]。分析CPX数据时结合患者测试中的峰值摄氧量(VO2 peak)、氧脉搏、无氧阈值(AT)[7-8]、血流动力学改变、心电图改变以及患者是否出现胸闷、乏力等临床症状，可以准确评价心肺耐力水平，预测潜在的风险。基于CPX的心肺功能在寻找运动受限的潜在病因、疾病风险分层、客观评估预后情况和指导运动方面具有重大临床价值, VO2 peak和AT是制订有氧运动处方的金标准[9]。目前, CPX在心血管领域的风险评估和诊断应用是研究热点。本研究以肥胖患者为研究对象，探讨基于心肺运动试验的精准运动干预在肥胖患者运动中的指导价值及安全性。
1. 资料与方法
1.1 一般资料
选择2019年1月—2021年12月在华东疗养院体检的肥胖患者172例为研究对象，按照随机数字表法分为2组。对照组85例，男49例，女36例，年龄18~60岁，平均(36.39±4.61)岁; 体质量指数(BMI)25~32 kg/m2, 平均(27.84±3.15) kg/m2; 脂肪率25%~30%，平均(27.33±2.56)%; 合并症为高血压7例，冠心病8例。观察组87例，男48例，女39例，年龄19~59岁，平均(36.45±4.68)岁; BMI 25~31 kg/m2, 平均(27.58±3.11) kg/m2; 脂肪率26%~31%, 平均(27.69±2.62)%; 合并症为高血压9例，冠心病6例。本研究获得伦理委员会批准，患者签署同意书。2组临床资料比较，差异无统计意义(P>0.05)。纳入标准: ①符合《中国成人超重和肥胖症预防控制指南》[6]中单纯性肥胖症诊断标准者; ②患者BMI≥28 kg/m2, 脂肪率≥25%; ③年龄18~60岁，能积极配合完成运动锻炼者。排除标准: ①精神异常、继发性肥胖或由于激素等药物引起肥胖者; ②患者高危不稳定性心绞痛或急性心肌梗死、安静时收缩压≥200 mmHg和舒张压≥110 mmHg、重度主动脉瓣狭窄、急性全身疾病或发热、有症状的心律失常或心衰、未控制的明显窦性心动过速(>120次/min)、急性肺水肿、肺栓塞、急性心包炎、心肌炎或主动脉夹层。
1.2 方法
2组均完成运动前临床资料的收集，包括年龄、性别、体质量、身高、腰围、臀围、BMI、空腹血糖、甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)及低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、心电图、心脏彩超等。讲解心肺运动试验操作流程及注意事项，签署知情同意书。调整踏车合适高度，患者在踏车座位上开始连接12导联心电图、动态血压、血氧饱和度(耳垂)，佩戴面罩保证不漏气，行症状限制性心肺运动试验检查(德国耶格心肺运动测试系统MasterScreen), 目标心率=(220-年龄)×85%。采用踏车Ramp方案运动，静息3 min, 热身3 min, 蹬车转速55~65转/min, 之后进入运动进阶，按照功率递增后运动时间为8~12 min[10-11], 给予10~20 W/min的递增功率，达到目标心率、患者力竭或出现终止试验指征时，给予零阻力恢复5~7 min。整个过程动态监测心率、血压、心电图及血氧饱和度的变化，分析得到峰值耗氧量、峰值氧脉搏、AT(根据V-Slope法)、峰值心率、AT下心率、呼吸交换率(RER)等。2组均给予加强饮食指导，每天热量摄入量≤30 kcal/kg, 根据营养状态设定三餐能量构成，即33.2%、41.1%及25.7%。饮食过程中禁止吸烟、饮酒，避免食用油炸或高热量、高糖食物，叮嘱患者19: 00后避免进食[12]。
对照组根据自身喜好、耐受给予相应的有氧运动，如健步走、蹬自行车、练太极拳、慢跑等，亦可选择哑铃、阻力带等抗阻运动。运动强度: 持续运动时保持心率(次/min)=(220-年龄)×(60%~70%)[13]。运动时间: 按照每周150 min的总时间，根据对照组患者情况自由选择和分配时间。连续训练6个月，指导患者记录运动日志，包括实际运动方式、强度、时间、频率、疲劳程度、运动终止的原因等。
观察组联合基于心肺运动试验结果的精准运动干预。根据功率自行车数据详细记录患者最大摄氧量、AT、AT下心率等相关数据，根据上述获得的数据，指导并制订详细的运动处方，将心肺运动试验时达到AT时的心率作为运动靶心率[14], 每周训练3~5次，每次40~60 min。对于患者达到AT前出现影响运动的不良事件，按照出现不良事件前的心率水平完成运动，运动形式以健步走为主，配合蹬自行车、练太极拳、慢跑等有氧运动，亦可选择哑铃、阻力带等抗阻运动。运动时间为热身运动5 min, 训练30 min及恢复运动5 min, 加强患者运动随访，指导患者记录运动日志，每个月均复查心肺功能试验，根据运动处方的FITTVP原则(运动频率、运动强度、运动时间、运动方式、总量、进阶)给予调整, 6个月后评估患者效果。
1.3 观察指标
① 心肺运动试验结果。2组运动前、运动6个月后均完成心肺运动试验，记录患者AT、最大摄氧量及峰值氧脉搏水平[15]; ②运动能力及血脂水平。2组运动前、运动6个月后行6 min步行距离测定(6MWD)[16]。采用全自动生化分析仪测定患者TG、TC、HDL-C及LDL-C水平[17]。③体质量相关指标。2组运动前、运动6个月后准确测量患者身高、体质量，计算BMI，并完成患者腰围及臀围测定[18]; ④依从性及运动安全性。2组运动6个月后采用通用依从性调查问卷分别对患者的遵医运动、遵医饮食及定期复查进行评估，各项总分100分, ≥90分为依从[19]。记录2组运动期间低血糖、心前区不适感(存在胸闷、胸痛或心悸等表现)、饥饿感的发生率。
1.4 统计学分析
采用SPSS 24.0软件对数据进行处理，计数资料采用[n(%)]表示, T≥1~< 5时，采用连续性校正χ2检验，其他行χ2检验，所有数据均符合正态分布，组间计量资料采用(x±s)表示，行t检验，组内运动前、运动6个月后比较采用配对t检验, P < 0.05为差异有统计学意义。
2. 结果
2.1 2组心肺运动试验结果比较
2组运动前心肺运动试验主要指标比较，差异无统计学意义(P>0.05); 2组运动6个月后心肺耐力提高，观察组运动6个月后心肺运动试验中AT、最大摄氧量及峰值氧脉搏高于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05), 见表 1。
表 1 2组心肺运动试验结果比较(x±s)组别 n 无氧阈/(mL/min) 最大摄氧量/(mL/min) 峰值氧脉搏/(mL/次) 运动前 运动6个月后 运动前 运动6个月后 运动前 运动6个月后 观察组 87 1 102.29±25.90 1 223.79±24.50*# 1 677.23±78.34 2 032.32±93.68*# 7.34±0.79 10.69±1.25*# 对照组 85 1 109.41±25.20 1 200.33±22.13* 1 689.45±77.61 1 809.69±84.45* 7.36±0.82 8.78±1.51* 与运动前比较, *P < 0.05; 与对照组比较, #P < 0.05。 2.2 2组运动能力及血脂水平比较
2组运动前运动能力及血脂水平差异无统计学意义(P>0.05); 2组运动6个月后运动能力得到提高，血脂水平有所改善，差异有统计学意义(P < 0.05); 观察组运动6个月后6MWD、HDL-C高于对照组, TC、TG及LDL-C低于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05), 见表 2。
表 2 2组运动能力及血脂水平比较(x±s)组别 时点 6MWD/m TC/(mmol/L) TG/(mmol/L) LDL-C/(mmol/L) HDL-C/(mmol/L) 观察组(n=87) 运动前 294.16±23.51 6.79±0.81 2.14±0.32 4.43±0.47 0.88±0.24 运动6个月后 415.96±26.75*# 4.36±0.49* 1.34±0.16*# 3.35±0.53*# 1.22±0.13*# 对照组(n=85) 运动前 295.06±23.53 6.81±0.83 2.16±0.34 4.43±0.48 0.93±0.25 运动6个月后 342.59±24.62* 5.39±0.61* 1.89±0.21* 3.86±0.51* 1.13±0.20* 与运动前比较, *P < 0.05; 与对照组比较, #P < 0.05。6MWD: 6 min步行距离; TC: 总胆固醇;
TG: 甘油三酯; LDL-C: 低密度脂蛋白胆固醇; HDL-C: 高密度脂蛋白胆固醇。2.3 2组体质量相关指标比较
2组运动前体质量相关指标差异无统计学意义(P>0.05); 2组运动6个月后体质量相关指标降低，差异有统计学意义(P < 0.05); 观察组运动6个月后BMI、腰围及臀围低于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05), 见表 3。
表 3 2组体质量相关指标比较(x±s)组别 n 体质量指数/(kg/m2) 腰围/cm 臀围/cm 运动前 运动6个月后 运动前 运动6个月后 运动前 运动6个月后 观察组 87 27.58±3.11 24.51±2.06*# 114.29±12.14 102.16±8.68*# 116.39±9.45 105.73±8.26*# 对照组 85 27.84±3.15 26.29±2.45* 115.31±12.16 110.25±10.53* 116.63±9.61 111.31±9.31* 与运动前比较, *P < 0.05; 与对照组比较, #P < 0.05。 2.4 2组依从性及运动安全性指标比较
观察组运动6个月遵医运动、遵医饮食及定期复查依从性高于对照组，低血糖、心前区不适感、饥饿感发生率低于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05), 见表 4。
表 4 2组依从性及运动安全性比较[n(%)]组别 n 依从性 安全性指标 遵医运动 遵医饮食 定期复查 低血糖 心前区不适 饥饿感 合计 观察组 87 85(97.70) 83(95.40) 87(100.00) 1(1.15) 1(1.15) 2(2.30) 4(4.60) 对照组 85 74(87.06) 70(82.35) 77(90.59) 4(4.71) 3(3.53) 5(5.88) 12(14.12) 3. 讨论
超重、肥胖问题若不加以干预，很可能导致体质量相关疾病发病率上升，导致高血压、心血管疾病及癌症的患病率升高[20]。研究[21]表明，体质量与新型冠状病毒肺炎(COVID-19)也有重要联系。在中国，运动猝死以心源性猝死最多，国内外运动猝死病因研究[22-23]结果基本相同。由于个体差异大，基础疾病不同，运动过程中的自觉疲劳程度不同，往往出现运动不足或过量，将对预期结果产生负面影响[24], 因此运动也需要精准的运动处方。心肺运动试验(CPX)被认为是目前评估有氧能力的金标准，其对有氧运动处方的制订有重要指导价值[25]。2010年，美国心脏学会(AHA)指南推荐AT下VO2能够用于制订持续有氧运动训练强度和方案，有氧运动强度应按照AT相对应的心率作为目标心率制订运动负荷强度。2012年，欧洲心血管预防和康复学会(EACPR)联合AHA[26]联合发表《针对特定患者群体的心肺运动试验数据评估的临床建议》，认为CPX具有广泛应用于临床应用的潜能。
本研究中，观察组运动6个月后心肺运动试验中AT、VO2 peak和峰值氧脉搏高于对照组, 6MWD、HDL-C高于对照组, TC、TG及LDL-C低于对照组，可见基于CPX的精准运动处方能调动患者的运动积极性及依从性，提高肥胖患者运动能力，改善患者血脂水平，利于患者康复。宋雅等[27]研究表明，基于心肺运动试验的运动指导用于临床康复锻炼中，有助于提高患者骨骼肌肌力、运动耐力，亦可提升骨骼肌氧化酶的生物学活性。本研究中，观察组运动6个月后BMI、腰围及臀围低于对照组，因此基于心肺运动试验的运动指导能降低肥胖患者体质量相关指标水平，提高患者运动的针对性、科学性[28]。心肌细胞的适应性效果主要取决于运动强度，大强度的训练能使心肌细胞增长14%, 而中等强度运动强度仅为5%, 低强运动对于心肺耐力的提高需要长期的过程。同时，基于心肺运动试验结果指导肥胖患者运动，能有效预防运动过程中不良事件的发生，提高患者运动依从性[29]。本研究中，观察组运动6个月遵医运动、遵医饮食及定期复查依从性高于对照组，低血糖、心前区不适感、饥饿感发生率低于对照组，因此基于心肺运动试验的运动处方对肥胖患者进行精准运动指导能够提高肥胖患者运动依从性，降低运动过程中不良事件的发生率。
综上所述，采取科学有效的措施降低肥胖率，对预防心血管疾病及代谢性疾病具有重要意义。基于心肺运动试验的运动处方用于肥胖患者的精准运动指导，有助于改善患者心肺功能及运动能力，调节患者血脂，降低体质量相关指标水平，提高运动安全性，并可获得较高的依从性。
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表 1 2组心肺运动试验结果比较(x±s)
组别 n 无氧阈/(mL/min) 最大摄氧量/(mL/min) 峰值氧脉搏/(mL/次) 运动前 运动6个月后 运动前 运动6个月后 运动前 运动6个月后 观察组 87 1 102.29±25.90 1 223.79±24.50*# 1 677.23±78.34 2 032.32±93.68*# 7.34±0.79 10.69±1.25*# 对照组 85 1 109.41±25.20 1 200.33±22.13* 1 689.45±77.61 1 809.69±84.45* 7.36±0.82 8.78±1.51* 与运动前比较, *P < 0.05; 与对照组比较, #P < 0.05。 
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表 2 2组运动能力及血脂水平比较(x±s)
组别 时点 6MWD/m TC/(mmol/L) TG/(mmol/L) LDL-C/(mmol/L) HDL-C/(mmol/L) 观察组(n=87) 运动前 294.16±23.51 6.79±0.81 2.14±0.32 4.43±0.47 0.88±0.24 运动6个月后 415.96±26.75*# 4.36±0.49* 1.34±0.16*# 3.35±0.53*# 1.22±0.13*# 对照组(n=85) 运动前 295.06±23.53 6.81±0.83 2.16±0.34 4.43±0.48 0.93±0.25 运动6个月后 342.59±24.62* 5.39±0.61* 1.89±0.21* 3.86±0.51* 1.13±0.20* 与运动前比较, *P < 0.05; 与对照组比较, #P < 0.05。6MWD: 6 min步行距离; TC: 总胆固醇;
TG: 甘油三酯; LDL-C: 低密度脂蛋白胆固醇; HDL-C: 高密度脂蛋白胆固醇。
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表 3 2组体质量相关指标比较(x±s)
组别 n 体质量指数/(kg/m2) 腰围/cm 臀围/cm 运动前 运动6个月后 运动前 运动6个月后 运动前 运动6个月后 观察组 87 27.58±3.11 24.51±2.06*# 114.29±12.14 102.16±8.68*# 116.39±9.45 105.73±8.26*# 对照组 85 27.84±3.15 26.29±2.45* 115.31±12.16 110.25±10.53* 116.63±9.61 111.31±9.31* 与运动前比较, *P < 0.05; 与对照组比较, #P < 0.05。
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表 4 2组依从性及运动安全性比较[n(%)]
组别 n 依从性 安全性指标 遵医运动 遵医饮食 定期复查 低血糖 心前区不适 饥饿感 合计 观察组 87 85(97.70) 83(95.40) 87(100.00) 1(1.15) 1(1.15) 2(2.30) 4(4.60) 对照组 85 74(87.06) 70(82.35) 77(90.59) 4(4.71) 3(3.53) 5(5.88) 12(14.12)
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